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系統識別號 U0002-2102201116534800
中文論文名稱 流道對直接甲醇燃料電池性能影響探討
英文論文名稱 Effect of Flow Channel on DMFC Performance
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 99
學期 1
出版年 100
研究生中文姓名 邱柏淳
研究生英文姓名 Po-Chun Chu
學號 696430395
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-01-10
論文頁數 89頁
口試委員 指導教授-陳增源
委員-管衍德
委員-李世鳴
中文關鍵字 直接甲醇燃料電池  蛇行流道  平行流道  CO2氣泡觀測  電化學阻抗 
英文關鍵字 Direct Methanol Fuel Cell  Serpentine Flow Channel  parallel flow channel CO2 Bubble Visualization  Electrochemical Impedance Spectroscopy 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文主要目的為設計不同流道,探討直接甲醇燃料電池在不同陰陽極流道板組合下,對其電池效能影響為何。在研究過程中,設計三種蛇行流道,及二種平行式流道,其中二種蛇行流道及一種平行式流道為波浪型流道。對直接甲醇燃料電池在不同陰陽極流道板組合下進行電池效能量測,比較在不同流道板的情況下,對直接甲醇燃料電池效能的影響,並觀察將波浪型流道對電池效能有無影響,接著對陽極流道氣泡排除現象進行量測,以及對電池進行電化學阻抗分析。研究結果顯示,將流道更改為波浪型流道對燃料電池效能有所提升。
英文摘要 The main purpose of this thesis is to investigate the different flow channel design effects on direct methanol fuel cell (DMFC) performance. Three serpentine type flow channels and two parallel type flow channels are fabricated and discussed. The three serpentine flow channels include the general serpentine type, the unilateral crooked serpentine type and the double-lateral crooked serpentine type. The two parallel flow channels include the general parallel type and the double-lateral crooked parallel type. Experimental investigations into the DMFC polarization curves, CO2 bubble dynamics in anode flow channels and the electrochemical impedance spectroscopy with different flow channel combinations are conducted. Results of this study show that the double-lateral crooked flow channels can improve the DMFC performance.
論文目次 目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究目的 5
1-4 論文架構 5
第二章 基礎理論 8
2-1 燃料電池 8
2-1-1 燃料電池簡介 8
2-1-2 燃料電池發展背景 8
2-1-3 燃料電池種類 9
2-2 直接甲醇燃料電池介紹 14
2-2-1 直接甲醇燃料電池構造 14
2-2-2 直接甲醇燃料電池運作原理 16
2-2-3 直接甲醇燃料電池曲線分析 17
2-3 電化學阻抗頻譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) 20
2-3-1 電化學阻抗頻譜基本原理 20
2-3-2 等效電路元件 24
第三章 實驗儀器設備與架設 28
3-1 實驗儀器設備 28
3-1-1 直接甲醇燃料電池 28
3-1-2 甲醇供給系統 29
3-1-3 氣體供給系統 31
3-1-4 效能量測系統 32
3-1-5 阻抗分析系統 34
3-2 CNC加工 35
3-3 實驗儀器架設 37
3-4 實驗量測方法 38
第四章 主動式與被動式燃料電池效能比較 40
4-1 流道板設計簡介 40
4-2 流道設計 40
4-3 被動式與主動式電池效能量測 43
4-4 實驗結果與討論 44
第五章 蛇行流道對直接甲醇燃料電池效能探討 50
5-1 流道設計 50
5-2 電池效能量測 52
5-3 實驗結果與討論 54
第六章 平行流道對直接甲醇燃料電池效能探討 63
6-1 流道設計 63
6-2 電池效能量測 65
6-3 實驗結果與討論 65
第七章 電化學阻抗分析 72
7-1 實驗程序與量測 72
7-2 實驗結果與討論 73
第八章 結論與未來展望 76
8-1 結論 76
8-2 未來展望 77
參考文獻 79

表目錄
表 2.1 燃料電池基本特性比較表[16]....................................................13
表 2.2 電路阻抗方程式..........................................................................27
表 4.1 被動式燃料電池在不同流道下之功率......................................47
表 4.2 主動式燃料電池在不同流道下之功率......................................48
表 5.1 固定陽極流道為一般蛇行流道電池功率輸出表......................56
表 5.2 固定陽極流道為單邊彎曲蛇行流道電池功率輸出表..............57
表 5.3 固定陽極流道為雙邊彎曲蛇行流道電池功率輸出表..............58
表 5.4 固定陰極流道為一般蛇行流道電池功率輸出表......................59
表 5.5 固定陰極流道為單邊蛇行流道電池功率輸出表......................60
表 5.6 固定陰極流道為雙邊彎曲蛇行流道電池功率輸出表..............61
表 6.1 固定陽極流道為平行流道電池功率輸出表..............................67
表 6.2 固定陽極流道為平行彎曲流道電池功率輸出表......................68
表 6.3 固定陰極流道為平行流道電池功率輸出表..............................69
表 6.4 固定陰極流道為平行彎曲流道電池功率輸出表......................70
圖目錄
圖 1.1 論文架構圖.................................................................................... 7
圖 2.1Grove 燃料電池.............................................................................. 9
圖 2.2 直接甲醇燃料電池工作原理示意圖[2] ......................................15
圖 2.3 直接甲醇燃料電池結構示意圖..................................................15
圖 2.4 膜電極組結構示意圖..................................................................16
圖 2.5 燃料電池I-V Curve .....................................................................19
圖 2.6 燃料電池I-P Curve......................................................................19
圖 2.7 電壓及電流正弦波形..................................................................23
圖 2.8 相角(θ)與強度(∣I∣)向量..........................................................23
圖 2.9 實數(I ')與虛數(I ')座標向量......................................................24
圖 2.10 實數(Z ')與虛數(Z ')座標向量..................................................24
圖 2.11 等效電路.....................................................................................26
圖 2.12 Nyquist 圖...................................................................................27
圖 3.1 蠕動式幫浦..................................................................................30
圖 3.2 恆溫水槽......................................................................................31
圖 3.3 氣體提供系統..............................................................................32
圖 3.4 直流負載機..................................................................................33
圖 3.5 微歐姆計......................................................................................33
圖 3.6 阻抗分析儀..................................................................................34
圖 3.7 阻抗分析系統..............................................................................34
圖 3.8 CNC 雕刻機.................................................................................37
圖 3.9 儀器架設示意圖..........................................................................38
圖 4.1 常見流道設計示意圖..................................................................40
圖 4.2 一般蛇行流道設計圖..................................................................42
圖 4.3 單邊彎曲蛇行流道設計圖..........................................................42
圖 4.4 雙邊彎曲蛇行流道設計圖..........................................................43
圖 4.5 主動式與被動式電池實驗流程圖..............................................44
圖 4.6 被動式燃料電池在不同流道下之I-V-P 性能曲線圖...............47
圖 4.7 主動式燃料電池在不同流道下之I-V-P 性能曲線圖...............48
圖 4.8 一般蛇行流道主動式與被動式燃料電池效能曲線圖..............48
圖 4.9 單邊彎曲蛇行流道主動式與被動式燃料電池效能曲線..........49
圖 4.10 雙邊彎曲蛇行流道主動式與被動式燃料電池效曲線圖........49
圖 5.1 一般蛇行流道設計圖..................................................................51
圖 5.2 單邊彎曲蛇行流道設計圖..........................................................52
圖 5.3 雙邊彎曲蛇行流道設計圖..........................................................52
圖 5.4 不同流道組合實驗流程圖..........................................................53
圖 5.5 固定陽極流道為一般蛇行流道之電池效能曲線圖..................56
圖 5.6 固定陽極流道為單邊彎曲蛇行流道之電池效能曲線圖..........57
圖 5.7 固定陽極流道為雙邊彎曲蛇行流道之電池效能曲線圖..........58
圖 5.8 固定陰極流道為一般蛇行流道之電池效能曲線圖..................59
圖 5.9 固定陰極流道為單邊彎曲蛇行流道之電池效能曲線圖..........60
圖 5.10 固定陰極流道為雙邊彎曲蛇行流道之電池效能曲線圖........61
圖 5.11 蛇行流道陽極氣泡排除連續圖................................................62
圖 6.1 平行流道設計圖.........................................................................64
圖 6.2 平行彎曲流道設計圖................................................................. 64
圖 6.3 固定陽極流道為平行流道之電池效能曲線圖.........................67
圖 6.4 固定陽極流道為平行彎曲流道之電池效能曲線圖.................68
圖 6.5 固定陰極流道為平行流道之電池效能曲線圖.........................69
圖 6.6 固定陰極流道為平行彎曲流道之電池效能曲線圖..................70
圖 6.7 平行流道陽極氣泡排除連續圖..................................................71
圖 7.1 固定陰極為一般蛇行流道之Nyquist 圖....................................74
圖 7.2 固定陰極為單邊彎曲蛇行流道之Nyquist 圖............................74
圖 7.3 固定陰極為平行流道之Nyquist 圖............................................75
圖 8.1 雙蛇行流道示意圖......................................................................78
圖 8.2 三蛇行流道示意圖......................................................................78
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